No.1026     消音型電子ドラムの構造原理 

                                                                                                          空川英継

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今回は消音型の電子ドラムの構造原理について解説する。

ここではドラムス（ドラムセット）を対象とする。ドラムスはスネアドラム、バスドラム､タムタム、シンバルなどから構成される複合型打楽器の一種である。ドラムスは近年、もっぱら大音響化の道を歩んで進化してきた。従ってそれを減音化することは原理的に難しい。しかしながら減音化への要求はどの楽器より強い。キックペダル音の床への伝播音も特に集合住宅では問題になる。その為にまだドラムスの効果的な減音化には成功していないが、電子ドラムの類で、音色や操作性等の演奏性をできるだけドラムスに近いものにする工夫がされており、「消音型セッションドラム」などとして提案されている。ドラムスの音を消すとキックペダル音などのメカニックな衝撃音を減音することも要求され、その改善が進んでいる。こうして表現力や音響的な深みはドラムスにはおよばないものの、なにはともあれ音源を消音して、メカ雑音を減音できることはドラムス愛好者の救いとなって、電子ドラムの演奏性と多機能さがドラムスの可能性を飛躍的に広げると好評を得ている

・ドラムの減音化

大音響化の道を歩んできたドラムはその音響特性を改良するため減音化の試みも演奏上の必要に迫られて色々と工夫されてきている。特にドラムヘッドはプラスチック化されて革新的に大音響化されたがその問題も多い。

近年のドラムヘッドは、典型的には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル等の合成プラスチック材料からなる単一の層か若しくは複数の層から構成されている。プラスチック材料からなるドラムヘッドのシートは、ドラムシェルの開いた端上に勘合する形状に形成される。形成されたドラムヘッドのシートの周縁は、典型的には金属で構成される硬いドラムフープ内に固定される。張力を与える装置がフープに係合し、ドラムシェル上にドラムヘッドを調節可能に張設される。一般的には、ドラムヘッドに於ける張力が高ければ、ドラムヘッドが叩かれた際に高いピッチの振動が生ずる。プラスチックシート材は、非常に耐久性があることが証明されており、ドラムヘッドとして子牛の革に代わって全面的に採用されている。しかしながら、合成シー卜材は、演奏者と音響技術者の双方にとって気になる幾つかの望ましくない振動特性を有している。合成ドラムヘッドは、持続的な（サステインの強い）振動を有する傾向にあり、ドラムヘッドの周辺部分が、ドラムの基本的なトーンの音（基音）を下げ、望んでいないリンギング（共鳴）及びオーバートーン（上音）を発する。望ましくないサステイン（持続音）及びオーバートーンは、特にバスドラムについてのひとつの問題となっている。バスドラムに於ける望ましい振動パターンは、通常、ドラムヘッドが叩かれた際に基本的なトーンの鋭い初期音（ドラムヘッドのアタック音）の後、これに続く振動が素早く抑制されるというものである。この振動パターンによって、ドラムが、ロック、ジャズ、ラテン及びその他のポピュラー音楽に於いて素早く叩かれる場合にも、各々のバスドラムの打音が明確に聞こえるようになる。

バスドラムのサステインが長過ぎると、楽曲構成の低い周波数部分に於けるぼんやりとした音を発生するので他の音にかぶってしまい望ましくない。合成ドラムヘッドの不具合は、高感度かつ高精度なデジタルレコーディング技術の普及と共に特に顕著になっている。そのため、合成バスドラムヘッドに於ける望ましくないサステイン、あるいは望まれないオーバートーンを抑える試みもなされている。例えば、テープ及びその他の積層材をドラムヘッドの外側（演奏される側）の表面へ貼るという方法がある。この技術は、ある程度は成功しているが、多くの点で満足されていない。おそらく最も顕著であるのは、積層された材料が比較的厚く、望んでいないオーバートーンと共に望ましい音を消してしまうことであろう。また、積層材の厚さは、ドラムの感触を変えてしまい、ドラムヘッドが叩かれる際に生成される基本的なトーンの明瞭性及びクリスプネス（かりかりした音（ドラムヘッドのアタック特性））を落とすことになる。

そこでドラムヘッドに外部から装着し、調節可能な減衰システムが提案されている。図１にその構造原理を要部断面図で示す。外部から装着され調節可能なドラムヘッド用減衰システム10は以下の４つの部分を含む。

  ･放射方向外方部分12：ドラムヘッド膜20の外側表面の周縁領域へ固定される

  ･環状チャンネル2：外側表面から軸線方向に隔置されドラムの中心軸線へ向かって開いている

  ･環状装着用固定器具：減衰要素１８を内包する環状チャンネルと放射方向内方部分14と外方部分12とからいったいこうせいされるとを含む

  ･減衰要素18：環状チャンネル内に少なくとも部分的に受入れられ除去可能に保持される

図１　減衰型ドラムヘッド

（特開２００２−１６９５３７より）

外観上の理由から、こうした減衰装置をドラムの内部に装着する方式もあるが、調整メンテナンスが難しい。またドラムヘッドの振動を好ましくない形で抑制するためアタック音が弱くなる。

ビーターについても近年は如何にスピードを上げて大音響を発生し、連打性を高めることができるかを主眼に研究開発されてきており、そのノイズの大小は二の次であったのでいまさらそれを小さくすることは本末転倒の話になる。

このようにドラムは近年において大音量化と音響効果の改善により高い演奏性を目指して進化を遂げてきたわけである。従って音質や演奏性を損なわずに減音することは原理的に難しいのである。そこで電子式の消音型ドラムが登場することになる。

・ 減音型ドラムヘッド

まず考えられることは､ドラムヘッドの音を消すことである。ドラムヘッド及びこのドラムヘッドを用いた減音ドラム、減音スネアドラムの例を図２に示す。

図２　減音型ドラム用ヘッド

（特開平１１−２１９１６８より）

　　金網のような網状体によって構成したヘッド部材1０を胴21の一方又は双方の開口部分に張設し、このヘッド部材を叩くことにより胴を共鳴させてドラムの音を発生させる減音ドラム、及びヘッド部材に近接させてスナッピー（図示せず）を配置し、スナッピー音を発生させる減音スネアドラムの例を示している。これにより、アコースティックドラムと同様に叩く強さ、叩く位置等によって音色が変化し、演奏表現力があり、練習用として好適な減音ドラム及び減音スネアドラムとなる。機能を拡張するためにはこれにセンサーを装着して電気信号処理をすることになる。　

・ 電子ドラム用ヘッドの構造

　一つの例を示そう。

　図３　ドラムの減音装置及び電子打楽器用ヘッド　（特開２００１−１４２４５９より）

胴部10に張設されるヘッド部材11の裏面には、振動吸収部材22が配置されている。振動吸収部材は、胴部に取り付けられた支持部材20に支持プレート21を介して支持されており、これによりヘッド部材の裏面と振動吸収部材とが接するようになっている。また、ヘッド部材は、複数の開口部を有するパンチングシートである。そして、ヘッド部材がスティック等により打撃された場合、ヘッド部材の振動が振動吸収部材により吸収されるとともに、ヘッド部材の振動振幅が小さいのでヘッド部材から空気への振動の伝播が少なくなる。

こうして打撃時の発音量を減少させるとともにアコースティックドラムにより近い打感を付与することができる。

・消音型シンバル、電気シンバル及び消音型ハイハットシンバル

ハイハットシンバルの例を図４に示す。　シンバルを構成する金属板に多数の小孔を形成し、この小孔によって打撃エネルギーを吸収する構造とした消音シンバル及びこの消音シンバルに振動ピックアップ21を装着してシンバル音を電気信号として取り出し、拡声装置で拡声して放音できる電気シンバルが提案されている。これにより、叩き場所に対応した音を発生し、しかもその音が小さい練習用に適した消音型シンバルとなる。

図４　消音ハイハットシンバル

（特開平１１−１８４４５９より）

・電子ドラム用パッド

消音型電子ドラムを構成する上で、パッドの打撃衝撃音の減音化が必須である。その構造の例を図５に示す。

練習用打楽器あるいは電子打楽器に利用できる打面装置（パッド）として、練習用打楽器あるいは電子打楽器の打面装置として、打撃面が網状素材により構成されるヘッドと、ヘッドに接触する緩衝材と、緩衝材をヘッドに接触した状態に固定支持する支持手段と、ヘッドに接触して該ヘッドの振動を検出するセンサと、センサをヘッドに接触した状態に固定支持するセンサ支持手段とを備えている。

図５　打面装置の減音構造

（特開平１１−２１２５６６より）

これにより、小さな打撃音でアコースティツク打楽器に近いテンション感を実感しながら、小型の構成でツインペダル奏法を実現でき、ミュート奏法（オープン／クローズ奏法）を実現することができる。

また図５はフットペダル装置のビーターで叩かれる打面を備えた打面装置を複数の脚で支えるための脚構造となっている。これは、複数の脚が床面と接地する接地点で囲まれる範囲内において、フットペダル装置を、その底面部分がペダルの揺動支点側で床面に接して他の部分が床面から浮くような状態で、脚または打面装置に取り付けるための取付け部を設けたものである。これによりフットペダル装置の踏込み操作に対しても、打面装置を安定的に支持できるようになり、また床面で生じる騒音を低減できる。

･電子ドラム音の生成

以上、個々の要素の消音化･減音化の構造と仕組みを見てきたが、電子ドラムの音の生成もまた、いかにリアルに、且つ奏法に対応することができるかが問われることになる。音質の良し悪しは当然のことながら、特に打叩の強弱と時間精度がいかに高忠実に検出され、音響信号に変換されるかが重要である。

図６は、電子ドラムパッドの一実施例における断面図である。この電子ドラムパッドはその上面が略円形形状をなしており、中央部分に被打撃部（ヘッド部）11を備え、周囲にリム部21を備えている。これらヘッド部、リム部の上面はゴム（図の斜線部）で覆われており、ヘッド部ではそのゴムの下面に振動板12、さらにその下面に、この振動板の振動を検出するショックセンサ13が備えられている。またリム部にはこのリム部がスティックで叩かれたこと、あるいはこのリム部が演奏者により指で押圧されたことを検出するリムセンサ22が備えられている。これらヘッド部、リム部はケース33で支えられている。またこの図の左端部には、この電子ドラムパッド10をシャフトに固定する固定部35が備わってている。

図６　電子ドラムパッドの断面図

　　　（特開平６−３５４５０より）

このドラムパッドを有する電子打楽器は、被打撃部とリム部に備えたセンサからの信号検出を活用してアコースティツク打楽器と同様に多様な音色を創出して演奏を行なうことができる。

システムは、操作力に応じた操作信号を出力する演奏操作子(コントローラ)、その操作力を表わす演奏情報を生成する演奏情報生成装置（エンコーダ）、エンコーダの構成を包含し、生成された演奏情報に基づいて音楽信号を生成する音源部（トーンジェネレータ）とからなる。特に打撃パッドへの打撃力や鍵盤の押鍵速度等といった演奏情報のビット幅（情報の量）を拡げることなく、連打の際にも聴感的より自然な楽音を生成する工夫も提案されている。システム構成を図７に示す。

ドラムパッド200を叩くと、先ずその打撃力を表わすベロシティデータの下位aビット（例えば下位2ビット）を、1回叩く毎に0→1→2→3→0→1→……のように循環的に変化する値に置き換えて（もしくは付け加えて）いく。そのベロシティデータに基づいてノート・オン情報が生成されると、音源IC１１０では、そのベロシティの下位aビットで音色を微妙に変化させ、そのaビット以外の部分のデータから音量を調整する。

図７　電子ドラムの演奏情報生成装置

（特開平１０−１９８３６６より）

さらにセッションドラムとして演奏者による打楽器演奏の演奏性を損なうことなしに、自動演奏パターンを切り換えることができるようにした電子ドラムシステムも提案されている。（特開２０００−３４７６６８より）　

このシステムでは、複数のドラムパッドのうちのいずれかのドラムパッドが打撃されると、その打撃パターンと、予めシステム内に記憶されたトリガーパターンが比較される。その比較結果が一致を示した場合、演奏中の自動演奏パターンが、記憶された自動演奏パターン群のいずれかに切り換わることになる。つまり、トリガーパターンと一致するようにドラムパッドを打撃することで、自動演奏パターンを切り換えることができる。これはドラムの演奏の可能性を飛躍的に広げることになる。

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　今回で減音楽器･消音楽器の解説を終わり、その後の進化は、｢進化するデジタル楽器｣として別章で取り上げる。次回からは自動演奏楽器の章に稿を進める。